消失模鑄造薄壁球鐵鑄件縮孔缺陷的控制

1、消失模鑄造薄壁球鐵鑄件縮孔缺陷的控制山四晉城市金珂鑄業(yè)制造有限公司/袁東洲王國平張少偉 一山西晉城市春晨興匯實業(yè)有限公司/王林慧山西晉城市鑫金鑄造有限公司/裴虎平鄭州機械研究院/張寶慶典型汽車零部件的加工消失模鑄造薄壁球鐵鑄件縮孔缺陷的控制山西晉城市春晨興匯實業(yè)有限公司下屬的”金珂 鑄業(yè)制造”與”鑫金鑄造”都是專業(yè)化的消失模鑄造企 業(yè)，生產(chǎn)壓縮機配件以及通用機械配件,如齒輪箱等.隨著近幾年我國轎車工業(yè)的迅速發(fā)展及汽車用鑄件產(chǎn)量 的急劇增加，加z消失模鑄造汽車配件對減輕轎車自重 的積極作用,所以薄壁球鐵小型鑄件的訂單很多，工廠 就著力開發(fā)汽車配件產(chǎn)品但是，鑄造牛產(chǎn)小型球鐵薄 壁（壁厚不超過35m

2、m）鑄件大量出現(xiàn)縮孔縮松缺陷， 嚴重影響了鑄造車間的鑄件質量和成品率.尤其汽車保 安鑄件存在縮松缺陷會對轎車安全帶來危害，成為消失 模鑄造生產(chǎn)屮非常突出的問題.為了不斷提高產(chǎn)品質 量并在持續(xù)改進中穩(wěn)定產(chǎn)品質量，公司決定”借船出 ?！?聘請富有實踐經(jīng)驗的高級技術人才，采取傳， 幫，帶的方式培養(yǎng)出自己的技術骨干，為破解這一難題 成立專題技術攻關小組，攻克難題.以消失模鑄造中間壁支架為例，其鑄件結構如圖1 所示材質牌號為qt45o 一 12,該鑄件質量為6.8kg,外 形尺寸 387mm x 296mm x 186mm,主要壁厚 10.2mm.技 術要求鑄件組織致密，不得有夾渣，縮孔，氣孔，裂紋 和

3、縮松等缺陷除滿足以上這些常規(guī)要求外，還要求表 面金相組織保持均勻，鑄態(tài)球鐵鑄件要保證切削性能， 要求對鑄件進行熱處理，達到中度耐磨等.鑄件切削加 工前要進行嚴格檢驗，如果有縮孔和裂紋缺陷即判定為 廢品.這就給鑄造帶來一定的難度，前期鑄造工藝的設 計就顯得尤為重要自從試生產(chǎn)以來，鑄件質量時好時 壞，極不穩(wěn)定.熔煉設備為0.75t中頻感應電爐，與高爐冶 煉的鐵液雙聯(lián)熔煉對于高強 度汽車小型薄壁球鐵鑄件，為 保證組織致密達到材質要求， 借鑒國外熔煉高強度鑄鐵的 經(jīng)驗，對于化學成分相同的鑄 鐵，廢鋼加入量增加可顯著提 圖1高抗拉強度，因此，把廢鋼加入比例適當提高到30%左 右澆注溫度為13801420

4、c（用sy903型智能數(shù)顯測 溫儀），確保澆注溫度在規(guī)定范圍澆注方式為茶壺式 澆包，每包鐵液要澆六箱，澆注時注重扌當渣，而且要求 先把包嘴的鐵液排溢少許后，再進行澆注;澆注時間為 911s/箱，快速澆注充型.經(jīng)過一段時間工藝試驗與監(jiān) 測，找出了消失模鑄造小型薄壁球鐵縮孔縮松缺陷產(chǎn)生 的原因和形成機理,并在鑄造生產(chǎn)實踐中初步掌握了較 為科學的控制措施.碳,硅含量及碳當量控制生產(chǎn)球墨鑄鐵有個原則，就是高碳，低硅和大孕育量因為碳，硅含量直接影響球墨鑄鐵共晶轉變時的 石墨析岀量提高碳當量，能夠有效減少白口傾向，可mep策lan劃以增加鑄態(tài)鐵素體的含量,是生產(chǎn)鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵 所希望的提高碳當量可以提

5、高球墨鑄鐵的流動性，有 利于補縮;提高碳當量，有利于石墨化,增大石墨化膨 脹,可以減少縮孔和縮松的形成在牛產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)鑄 造薄壁球鐵件時，隨著碳當量的增加，石墨數(shù)量同時增 加，口口傾向明顯減少.考慮后續(xù)加工的易切削性，對 小型薄壁球鐵件要把白口傾向控制到最小，在配料時將 w控制在4.3%4.5%.對于亞共晶球墨鑄鐵，隨著碳 含量的增加,共晶石墨析岀量增多，自身補縮能力加 強，同樣有利于消除縮孔縮松缺陷但碳含量并非越高 越好,過高易出現(xiàn)石墨漂浮，自身補縮能力述會減弱. 據(jù)資料文獻，通過對比si,c的含量比例與壁厚3ram球 墨鑄鐵h 口深度的關系分析研究得岀，對于3mm壁厚的 薄壁球鐵件，硅和碳

6、的比例應控制在0%以上另外， 熔煉球墨鑄鐵，鐵液中的含磷量應該控制在0.08%以下. 如果含磷量過高，使凝固范圍擴大，低熔點磷共品在最 后凝固時得不到補充，因此就會增大縮松，縮孔傾向. 控制合適的澆注溫度在鑄造牛產(chǎn)中，不管采用哪種熔煉方式,鐵液必 須有一定的過熱溫度，提高熔煉溫度有利于消除爐料的 遺傳性，熔煉溫度的高低直接影響到鐵液的成分和純凈 度;提高熔煉溫度能夠細化石墨;隨著溫度的提高鐵液 中的廢氣也會大幅度下降熔煉溫度的高低直接決定了 球化處理溫度的高低和處理后鐵液的鑄造性能但過度 提高鐵液溫度，不僅能耗大增，而且有害干鑄鐵的力學 性能.澆注小型薄壁球鐵件，實踐經(jīng)驗是:熔煉溫度只 要達到

7、15201550，完全可以滿足球化處理溫度的要 求球化處理溫度控制在14701520c,釆用沖入法球 化處理應該是沒有問題的.就消失模鑄造而言，澆注溫 度可以比砂型鑄造高出25°c左右.所謂合理選定澆注溫 度，就消失模鑄造而言，在實際生產(chǎn)屮控制在1390 1420較為適宜，建議鐵液溫度低于1360c最好別再澆 注，否則鑄件缺陷太多，不是夾渣就是皺皮這也就是 消失模鑄造的特殊性.如果停留在砂型鑄造的理念上指 導消失模鑄造，那肯定是鑄造廢品很多，工藝出品率很 低，也很難取得可觀的經(jīng)濟效益.殘余mg,re量的控制球化處理后的鐵液過冷傾向明顯增大，需要加入適 量的孕育劑，以減少白口傾向，避免

8、滲碳體的生成，改 善石墨的結晶條件通過孕育處理，使其形成大量的結 品核心，使石墨球徑變小，數(shù)量增多，形狀圓整，分布 均勻,從而提高球墨鑄鐵力學性能這是鑄態(tài)球墨鑄鐵 牛產(chǎn)中最關鍵的工藝在這個過程中，對殘余的mg, re量的控制很關鍵.1.對殘余bl9量的控制殘余mg量越高，球鐵縮孔縮松傾向越大.在長 期探索中，經(jīng)過對理化分析的數(shù)據(jù)整理對比，得岀最 主要的體會是:球鐵鑄件中因為縮孔縮松所報廢的， 殘余mg量兒乎全部超出正常范圍（mg含量均大于 0.05%）.在實際生產(chǎn)中，由于受到原鐵液水成分的影 響，球化劑的加入量是個變數(shù)，所以導致mg含量常常 處于波動狀態(tài)在工藝允許范圍內,mg含量隨著球化 劑的

9、加入量同步波動，即便工藝控制再嚴格有時也會受 到球化劑供應商提供的球化劑質量的影響.這就影響到 生產(chǎn)小型薄壁球鐵鑄件的質量穩(wěn)定性.筆者在沿海某集 團公司指導生產(chǎn)球鐵時，經(jīng)過微觀分析,發(fā)現(xiàn)縮孔縮松 的形成與mg在球鐵基體組織中不均勻分布和白el傾向 大有很大關系國外技術文獻和對外商提供的樣件化學 分析證明，國外同樣品質的球鐵鑄件mg殘余量較低，般在0.03%左右，而且re的殘余量微乎其微,對樣件 解剖的結果很少發(fā)現(xiàn)有縮孔縮松缺陷這就充分說明殘 余mg主要富集于球鐵組織內的碳化物和珠光體之中， 而該區(qū)正是共晶凝固的最后區(qū)域,也就是球鐵鑄件最容 易產(chǎn)生縮孔縮松的區(qū)域.2.對re殘余量的控制在牛產(chǎn)薄壁

10、球鐵實踐中,認為添加稀土元素后，對 其組織和性能產(chǎn)生積極的作用，可以促進石墨化，改善 球鐵的力學性能;一定含量的稀土具有凈化鐵液，脫硫 脫氧,屮和干擾元素的作用尤其鑄造薄壁球鐵件，通 過添加稀土能夠增加石墨數(shù)量和改善球狀石墨形貌，同 時可以減少碳化物數(shù)量,消除白口傾向有資料表明， 對于壁厚2ram的薄壁球鐵件，當re的添加量為0.02%時， 效果最佳,石墨數(shù)量最多（見圖2）,白口化區(qū)域得到 有效控制，鐵素體面積率最大由此可見，稀土元素的 作用隨著鑄件壁厚的變化而顯著變化，在薄壁球鐵件生 產(chǎn)中的作用尤其明顯.好多企業(yè)生產(chǎn)球鐵在檢測上亟待改善，比如化學 分析仍停留在生產(chǎn)灰鑄鐵的水平上，只是化驗碳，

11、硅，一 1g&lt；_血ii 喲re含量（）1一+2ram一mm4raml1一l_6mm._-8mmi圖2猛，磷，硫這五大常規(guī)元素，那是遠遠不夠的.如果只滿足是否球化了，那說明還停留在生產(chǎn)球鐵鑄件的初級 階段必須要做mg殘余量和re殘余量的化學分析，長 期對mg殘余量和re殘余量的數(shù)值與比值進行研究和對 比，就會得到一個有價值的規(guī)律.只有這樣才能把握住 和控制好薄壁球鐵鑄件的質量.鑄造工藝設計及薄壁球鐵缺陷的控制由于汽車用鑄件不但壁薄,而且形狀復雜，壁厚 差相比較大,這樣的條件下石墨化不均衡，鑄件石墨化 不充分的幾率大.同一個鑄件通常存在多個熱節(jié)，鑄件 熱節(jié)處收縮增大，很容易出現(xiàn)縮孔縮

12、松缺陷.設計消失 模鑄件澆注系統(tǒng)應該懂得消失模鑄件成型的理論基礎和 基木原理如果澆注系統(tǒng)設計不合理，導致金屬液與消 失模之間氣隙太大，很可能造成塌箱的危險設計的澆 注速度合理與否，要看消失模氣化，裂解后的產(chǎn)物能否 順利排出型腔，這樣才能鑄造出合格的小型薄壁球鐵鑄 件，也才可以說設計的澆注系統(tǒng)是合理的采用消失模 鑄造，消失模有其特殊性，和砂型鑄造并不完全相似.定的實踐經(jīng)驗積累在這里就顯得尤為重要.因此，鑄件試制的初期，特別是對薄壁球鐵小型 鑄件澆洼統(tǒng)的發(fā)計尤其顯得重要合理的澆注系統(tǒng)， 除了使鐵液快速，平穩(wěn)充填于鑄型中，還要具有扌當渣功 能在設計澆注系統(tǒng)時，一是凝固方式和澆注位置的選 擇，二是要考

13、慮到填砂造型工序鑄型布局，三是對厚實 部位如何采用機夾裝隨形冷鐵.為了保證在共晶凝固階 段，鑄件的熱節(jié)部位有足夠的液態(tài)鐵液補給，以滿足該 處液態(tài)收縮和共晶收縮的需要，應讓鐵液通過直澆道首 先進入冒口，然后經(jīng)過內澆口流進鑄型，該處設置的冒 口即是通常說的”熱冒口”，這樣冒口共晶凝固溫度就 不會低于鑄件最后凝固部位的共晶凝固溫度，可獲得液 典型汽車零部件的加工態(tài)補縮所需要的鐵液，消除經(jīng)常發(fā)生在內澆口根部的縮 松缺陷，保證鑄件的組織致密.結語(1) 球墨鑄鐵設計的澆注系統(tǒng)要能夠補足鑄件液 態(tài)收縮和共品收縮的需要,采取鐵液通過直澆道首先進 入冒口然后再經(jīng)過內澆道流進鑄型.設置這樣的熱冒口 是科學的，實

14、踐證明是行之有效的.(2) 為了解決薄壁球鐵縮孔縮松缺陷，采取高碳 當量(ce=4.5%-4.9%,ws=2.6% 2.9%,wc 二3.7% 3.9%)是正確的;適當提高硅含量，特別通過多次孕育 增加硅含量,提高碳含量對減少球鐵鑄件縮孔縮松缺陷 是很有效果的途徑.(3) 高效的孕育處理有利于提高鑄件致密度孕育(如瞬吋隨流孕育)不均勻或不充分情況是形成薄壁 球鐵件縮孔縮松缺陷的重要原因.(4) 生產(chǎn)薄壁球鐵小件采用消失模鑄造時，采取較高的澆注溫度(13901420°c)有利于發(fā)揮孕育作 用,有利于鑄件補縮通道的暢通，對消除球鐵件縮孔縮 松缺陷是非常有效的.(5) 注重鑄造企業(yè)的管理消失模鑄造是個系統(tǒng) 工程，不管哪一個環(huán)節(jié)任